DE2218099B2 - Verfahren und schaltungsanordnung zur aufzeichnung und wiedergabe von breitbandsignalen, insbesondere von videosignalen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Schaltungsanordnungen zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Breitbandsignalen, insbesondere von Videosignalen auf einem bzw. von einem relativ zu wenigstens einem Abtastorgan bewegten Aufzeichnungsträger bei Verwendung von Frequenzmodulation und des unteren Seitenbands des frequenzmodulierten Signals zur Aufzeichnung.

Zur Speicherung von Breitbandsignalen, die beispielsweise Videosignale oder analoge Signale sein können, dienen Magnetschichten tragende Bänder, Platten oder Folien usw. sowie schallplattenähnliche rillentragende Folien oder Platten, die relativ zu magnetischen bzw. druckelektrischen Abtastorganen bewegt werden, wenn eine Aufzeichnung oder Wiedergabe der Signale gewünscht ist.

Bei den bekannten Speichersystemen wird das aufzuzeichnende Breitbandsignal, das im allgemeinen Frequenzen im Megahertzbereich besitzt, mittels Frequenzmodulation aufgezeichnet, um Amplitudenveränderungen des Signals, die durch mechanische oder elektrische Unzulänglichkeiten in der Zuordnung von Speichermittel und Abtastorgan verursacht werden, zu verhindern. Ein nachteil der Frequenzmodulation rührt daher, daß das frequenzmodulierte Spektrum breiter ist als das Spektrum des modulierenden Breitbandsignals, so daß auch die Übertragungsbandbreite des Speichergeräts entsprechend groß sein muß, damit alle Signalanteile nahezu unverändert wiedergegeben werden können. Die höchste bei der Wiedergabe aufgelöste Frequenz und damit die Übertragungsbandbreite hängt direkt von der Relativgeschwindigkeit zwischen Aufzeichnungsträger und Abtastorgan ab. Jedoch wird eine möglichst geringe Relativgeschwindigkeit angestrebt, um die größtmögliche Speicherdichte des Aufzeichnungsmittels zu nutzen und um eine mechanisch und elektrisch einfachere Bauweise der Geräte zu erreichen.

Es ist bekannt (deutsche Auslegeschrift 10 34 684). den Frequenzhubbereich eines modulierten Videosignals sehr nahe der höchsten noch durch ein Magnetband zu übertragenden Frequenz zu wählen und nur das untere Seitenband der frequenzmodulierten Information zu übertragen, da das obere Seitenband nicht mehr in den Übertragungsbereich des Magnetbands fällt. Der Hubbereich des FM-Modulators wird dabei so gewählt, daß der dem Bildinhalt entsprechende Frequenzbereich zwischen Schwarz- und Weißwert des Videosignals einen Hubbereich des FM-Modulators aussteuert, der in seiner Frequenzlage nahe der höchsten Frequenz des aufzuzeichnenden Videosignalspektrums liegt.

Wird der Hubbereich des FM-Modulators nahe oberhalb der höchsten Frequenz des aufzuzeichnende Videosignalspektrums gewählt, so ist ein größerer Übertragungsbereich vom Magnetband her erforderlich, wobei keine Gefahr besteht, daß durch Synchronisierungseffekte Störungen bei der Wiedergabe verursacht werden können.

Um bei dem bekannten Aufzeichnungs- und Wiedergabeverfahren eine gute Wiedergabequalität der Videosignale zu erreichen, müssen die Band-Kopf-Geschwindigkeit und die Kennwerte der Magnetköpfe so gewählt werden, daß der Übertragungsbereich des Magnetbandgeräts bis zu einer maximalen Frequenz mit ausreichendem Störabstand geht, die sich aus der maximalen Videofrequenz zuzüglich des Hubbereichs des FM-Modulators für den Bildinhalt ergibt. Außer einer sehr hohen Magnetband- und Magnetkopfqualität sind dafür noch relativ hohe Bandgeschwindigkeit (etwa 8 bis 40 m/sec) notwendig.

Aus der Zeitschrift Journal of the SMPTE April 1957, S. 177 bis 184 ist es bekannt, für die Aufzeichnung und Wiedergabe von Videosignalen FM-Modulation und als FM-Modulator einen Multivibrator zu verwenden.

In der Zeitschrift »Rundfunktechnische Mitteilungen« 1960, S. 113 bis 129 und 222 bis 231 sind grundlegende technische Bedingungen, die bei der Aufzeichnung von Fernsehsigralen zu berücksichtigen sind, dar-

IWaöhahresen und: _s.

sindi lrich* oliwe weiteres för eine Brektoandsiune£ Wiediergabe m>rceis einer sehr A-afzeichnungs- ußdi Wiedergafeesniä-

Erfindung, ein- V^fahren- undi eine ear BreiibandsignaiaufzeiGhnung^ iTnttelp einfechsfer Aürzeichriungsvorzugsweise für den Heirnge-

®· wird die Aufgabe durch ein VereiHgangsbesehriefeerien: Art gelöst durch die dW fc%enifeff MaSna hmerc:

fc eines- Hilhtf&gers mat dem

Herstellen: eines FM-Signals in erstens Fre^ieffizbereiGh, wofeni der Hilfsträger ef»# «h* 2>-faet>es fbei w Ip der höchsten Frequenz (fes BfeitfcaaifcWgnals beträgt und *ofoei der erite Frequenzbereich nur das «nrere Seitenband des FM-SijnaK umfaßt

b) F reqwen-/reilen des FM-Signak. um e.nen um den 2" fen Teil niedrigeren /weiten Frequenzbereich zu erhalten. des*,en höchste Frequenz etwa der höchsten frequenz des Brcrthandxi-gnak entspricht

c) Aufzeichnen des in der Frequenz geteilten FM-Sifrais

ft) Abtasten und Demod-uheren de·? abgetasteten FM-Signals si)Wie Urvterdriicken des Trägers und

e) Wiedergeben des demodulierten ßreitbandsignals. Mti der Wahl des Hilfsträger* in einem wesentlich höhereT» Frequen/beretch ah der da unmodulierten Bretfbandsignak wird tiberraschenderweTse erreicht. aaß sfartce SpektralHmen im h(>chsfen Frequenzbereich des RreTfbanfkignak. die bei&piettweisc in Videosigna ten enthalten sind, den Mwiiiiafion^pro/eß nicht in der Weise beeinflussen können, daß der Modulator, der z. B als Multivibrator ausgebildet ist. nirht mehr moduliert, sondern auf die frequenz e?ner der Spektrallinien synchronisiert f.ine solche Synchronisation ist bei Wiedergabe als starkes Moiree auf dem Bildschirm sichtbar.

f,s ergibt sich schaltungsrniioig durch die hohe Freqnen/lage c'es Hilfsträger^ der wirtschaftliche Vorteil, daß zur Begrenzung des noch nicht modulierten Breitbandsignals ein billiger Tiefpaß mit einer allmählich abfallenden Begrenzungskennlinie verwandt werden kann Dadurch korinen F.inüchwingvorgänge, die an einem Tiefpaß mit stark abfallender Kennlinie ah Einschwingvorgänge im Bild als Hell-Dunkel-Überschwingcffekte an Schwarz-Weiß-Kanten sichtbar werden, sehr vermindert werden. F.s ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß durch den Tiefpaß nicht voll begrenzte höchste Frcqncnzanteile. wenn diese gerade noch nicht an der Nullachse des Frequenzbereichs gespiegelt werden, eine F.rhöhung der Bildauflösung ermöglichen.

In einer vorzugsweisen, einfachen Verfahrensmaßnahme wird zur IM Modulation eines Breitbandsignals mit einem zur Aufzeichnung bestimmten Frequenzbereich bis elwii 2,¹} MII/. ein Hilfsträger mit einem Hub· bereich von A bis b MH/ benutzt und vor Aufzeichnung eine Frequerr/.halbierimg vorgenommen.

Fine Srhiiltungsiinoidnung zur Durchführung des erfilKliingsgciniilien Verfahrens, die einen FM-Modulator, eine Aufzeii'hniings und Wicdergabcanlugc mit zumindest einem Abtastkopf zur Aufzeichnung Wiedergabe von Breitbiiiulsigniilen, einen Demodulator und eine Wirtleriisibccinrichlunß enthält, kann vorteilhaft derar-

tig ausgebildet sein, daß; als FM-Modulatar wie an sich bekannt ein Mhlriwibrator verwendet wird;, aa dan die Häifsirägerfrequenz 2ⁿ-Saen größer als- die arfzuzeidi·- nencfe Trä^erfreqtienz eingesieüi ist,, <&a& als freqeaizteiier ein Flip-Flop benuizt wird; dessen Tsaiiuigsfaktar dfer Reziprok* era des beim HiilEstrager benutzten Faktors 2" ist and; daß vor Demodulation eine Güeich-richterscfta-Jtang· zur !"-fachen. Gteclirichnäng benurn wird

Gegenüber den bekanraien: Scfealirnngsaäiordnunger. bat die beanspruchte Schaltung folgende Vorteile-.

Als Modulatoren sind Multwibraioren earfacfaster Bauart verwendbar. !Durch. Verwendung einer Frequerateüerstufe, besonders einer Flip-Flap>-Saiie, ist ein zusatzlkfees Filter zum Ausgleich von kleineren AM-lWodulations-Störfrequenzen, die diwcfc UnsymmetFieK- \m Tastverhältnis der FM-Nfoduiator-Scfi-wingun- gtn ermxsh&n k»n:nei%- mehl noiw endig, da die Flip-Flop-Stufe, die als logischer Schaltkreis handelsüblich ist, ein festem Teiltingsverhilinis besitzt. Ferner steht azn FM-Signai am Ausgang der Πίρ-Flop-Stufe ih Rechteckirnpuh an. was für die Aufzeichnung insbesondere auf Magnetschicturräger äußerst günstig ist da c;e bei r-M-Modulation wichtigen Nullditrchgünge besser aufgezeichnet werden können.

Wegen der Einfachheit und genngen Zahl der notwendigen Schaitstufen im Aufnahmekanal ist die erfindungsgemaBe Schaitungsanordnung für Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräte einfachster Bauart verwendbar, die vorzugsweise für den Heimgebrauch einsetzbar sind (ein solches Gerät mit stehendem Kopf und relativ geringer Bandgeschwindigkeit ist ία atr nachfolgenden Beschreibung beschrieben).

Durch Verwendung eines oder mehrerer Doppelweggleichnchter ist anschließend eine optimale Demodulation mit guter Trägerunterdrückung ohne wesentlichen .Schaltungsaufwand möglich.

Einzelheiten der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. I den Aufzeichnungskanal eines Videomagnetbandgeräts (schematisch)

F i g. 2 den Wiedergabekanal eines Videomagnetbandgeräts (schematisch),

F i g. 3 eine Frequenzteilerstufe nach F i g. 1,

F i g. 4a bis 4d schematische Signalformen an Schaltungspunkten gemäß F i g. 1 bis 3.

Ein Videosignal mit einer Auflösung von z. B. 2,5 MHz, wie etwa in F i g. 4a gezeigt, wird durch einen Tiefpaß 1 mit einer Grenzfrequenz von z. B. 2,5 MHz auf Frequenzen unterhalb dieses Frequenzwerts begrenzt. In dem nachfolgenden FM-Modulator 2, der beispielsweise als (astabiler) Multivibrator ausgeführt ist, der jedoch auch in andere, Weise geeignet realisiert werden kann, wird ein Träger durch das Videosignal moduliert, wobei der Träger und Hubbereich des Modulators bei den angegebenen Frequenzwerten günstig in dem Bereich von z. B. 4 bis 6 MHz liegen.

Fs ist auch denkbar, den Hubbereich in den Bereichen von z.B. 8 bis 12, 16 bis 24 MHz oder anderen Bereichen mit dualem Verhältnis zum aufzuzeichnenden Hubbereich des Videosignals zu wählen. Das freqiien/modulicrie Signal wird anschließend in einer Frequcnz.teilerstufe 3 wieder in seinen ursprünglichen Frequenzbereich transportiert. Die Frequenzteilerstufe 3 besteht beispielsweise aus einer an sich bekannten Flip-Flop-Schaltung, an deren Ausgang ein in der Frequenz

halbiertes Signal auftritt, das etwa Rechteckform (Fi g. 4c) besitzt und somit zur Aufzeichnung sehr geeignet ist. Eine an sich bekannte Flip-Flop-Schaltung ist in F i g. 3 schematisch dargestellt, deren Eingang mit 12 und deren Ausgang mit 13 bezeichnet ist. Dieses Signal s wird nunmehr auf einen Aufsprechverstärker 4 gegeben, dem eine Frequenzgangkompensationsschaltung 5 mit Resonanzcharakter, symbolisiert durch eine Kapazität Ci und eine Induktivität Li, nachgeschaltet ist. Die Resonanzfrequenz wird — bei vorliegenden Frequenz- ,₀ werten, eventuell unter Einbezug der Kopfinduktivität L, im Bereich von 0,1 bis 0,2 MHz gewählt, so daß die untersten aufzuzeichnenden Spektrallinien des Seitenbands stark angehoben werden und somit der Störabstand des aufzuzeichnenden Signals verbessert wird. Der ausgangsseitige Innenwiderstand des Aufsprechverstärkers 4 soll klein im Vergleich zum Resonanzwiderstand der Anordnung sein.

Mittels des Aufsprechkopfs 6 wird das FM-modulierte Signal auf ein nicht dargestelltes Magnetband mit beispielsweise einer Magnetbandbreite von V2 Zoll aufgezeichnet. Das modulierte Signal wird bei den vorgegebenen Frequenzwerten (2,5 MHz Auflösung und 2 bis 3 MHz Hubbereich) bei einer Bandgeschwindigkeit von 3 m/sec und stehendem Aufsprechkopf im Frequenzbereich von etwa 0,1 bis 3 MHz aufgezeichnet.

Es können mit der beschriebenen Form der Modulation Videofrequenzen übertragen werden, deren höchste Spektralanteile den Frequenz-Hubbereich des aufzuzeichnenden Signals erreichen oder überdecken, die obere Frequenzgrenze des Videosignals ist bei dieser Modulationsmethode dadurch gegeben, daß Seitenbandlinien erster Ordnung des FM-Signals bei hohen Videofrequenzen an der Frequenz-O-Achse gespiegelt werden und Moiree erzeugen.

Unter Berücksichtigung dieses Effekts ergibt sich mit der vorgeschlagenen Methode eine maximal aufzuzeichnende Frequenz (z. B. 3 MHz), die sich näherungsweise berechnet aus maximaler Videofrequenz (Auflösung, z. B. 2,5 MHz) + 0,5 ■ Hubbereich zwischen Schwarz- und Weißpegel (z.B. 1 MHz). Diese Formel erweist sich nach Praxisversuchen als gut brauchbar und gibt dem Fachmann eine Lehre zur Auslegung der zum Verfahren notwendigen Anordnung. Diese Formel besitzt allgemeine Gültigkeit und ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es kann somit eine einwandfreie Aufzeichnung der höchsten aufzuzeichnenden Frequenz trotz minimaler Übertragungsbandbreite des Aufzeichnungsträgers sichergestellt werden.

Folgende Maßnahme ist wichtig, wenn die Aufzeichnung der modulierten Signale mit einer relativ geringen Bandgeschwindigkeit von beispielsweise 3 m/sec bei Aufzeichnung mit stehendem Aufsprechkopf 6 auf einem nicht dargestellten Magnetband erfolgt Die Wellenlänge des Weißpegels des Videosignals bei dieser Aufzeichnung beträgt in diesem Fall etwa 1 μΐη. Für die Aufzeichnung dieser äußerst geringen Wellenlänge müssen Videoköpfe mit einer Spaltlänge verwendet werden, die kleiner als 1 μπι ist. Der Pegelabfall des wiedergegebenen FM-Signals im Hubbereich von beispielsweise 2 bis 3 MHz zu kleineren Wellenlängen hin beträgt etwa 10 dB/MHz. Der Weißpegel, der z. B. bei 3 MHz liegt, wird somit mit 10 dB geringerer Amplitude als der Pegel des Synchronisierungssignals. das beispielsweise bei 2 MHz liegt, wiedergegeben. Das führt zu verstärktem Rauschen des Bildinhalts und zu Störungen an den Schwarz-Weiß-Übergängen.

Durch eine dem Videokopf 7 nachgeschaltete Frcquenzgangkompensationsschaltung 8 mit Resonanzcharakter im Wiedergabekanal werden vorstehend aufgeführte Nachteile verhindert. Der Resonanzkreis 8 besteht z. B. aus der Kopfinduktivität L und einer Reihenkapazität C2, die vor dem Eingang des Vorverstärkers 9 eingeschaltet ist. Diese Anordnung hat sich praktisch als weit wirksamer für die Vergrößerung des Signal-Rauschverhältnisses erwiesen, als eine in die Vorverstärkerstufe 9 einbezogene geeignete Resonanzstufe. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Resonanzfrequenz etwa 3 MHz, entspricht also der höchsten aufgezeichneten Frequenz, so daß im Wiedergabevorverstärker 9 die höchsten Frequenzanteile stark angehoben werden. Gleichzeitig unterdrückt diese Schaltungsanordnung das niederfrequente, vom Magnetband herrührende Rauschen, das im Demodulationsprozeß das Signal-Rausch-Verhältnis des wiederzugebenden Videosignals verschlechtert. Der Resonanzkreis C2, L) wirkt wie eine zusätzliche Deemphasis. Es können sowohl im Aufzeichnungs- als auch im Wiedergabekanal auch WC-Schwingkreise zur Anwendung kommen, die vorzugsweise als integrierte Schaltkreise ausgeführt sind. Anschließend an den Wiedergabevorverstärker 9 ist eine an sich bekannte Begrenzerstufe 10 vorgesehen, die das begrenzte Signal einer Frequenzverdopplerstufe 11 zuleitet, die aus einer Differenzierstufe und einem Zweiweggleichrichter besteht. Die Stufen sind durch einen Übertrager voneinander getrennt, der jedoch gegebenenfalls durch Halbleiterschaltungen ersetzt werden kann. Mit dieser Anordnung wird auf besonders einfache Weise eine Frequenzverdoppelung erreicht. Dabei ist wichtig, daß eine weitgehend exakt symmetrische Gleichrichtung beider Halbwellen erreicht wird, damit der Träger einwandfrei unterdrückt wird. Nachdem das Signal über einen Tiefpaß 14 geleitet und dort durch Unterdrückung des Trägers der differenzierten und gleichgerichteten Impulse demoduliert wird, steht es am Ausgang in gegenüber dem Eingangssignal fast unveränderter Form (F i g. 4a) wieder zur Verfügung und es kann, z. B. mit einem Fernsehempfänger, wiedergegeben werden.

Die Auflösung des Videosignals beträgt bei Wiedergabe entsprechend dem Videosignal am Eingang des Aufzeichnungskanals im vorliegenden Beispiel 2,5 MHz, so daß in der Praxis eine gute Bildqualität ohne Störungen erreicht werden kann.

In Fig.4b ist das modulierte Videosignal schema tisch dargestellt, wie es als Testbild auf einem Oszillo graphen zu sehen ist Der Hubbereich erstreckt sich voi. 4 bis 6 MHz, wobei der Synchronisierimpuls elwE bei 4 MHz, Weiß etwa bei 6 MHz und Schwarz etwj bei 4,6 MHz zu liegen kommt

Abweichungen im Über-alles-Frequenzgang der An Ordnung können durch bekannte Pre- oder Deempha sismaßnahmen im Zuge des aufzuzeichnenden ode wiedergegebenen unmodulierten Videosignals korn pensiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Breitbandsignalen, insbesondere von Videosignalen auf einem bzw. von einem relativ zu wenigstens einem Abtastorgan bewegten Aufzeichnungsträger bei Verwendung von Frequenzmodulation und des unteren Seitenbands des frequenzmodulierten Signals zur Aufzeichnung, gekennzeichnet durch

a) Frequenzmodulieren eines Hilfsträger mit dem Breitbandsignal und Herstellen eines FM-Signals in einem ersten Frequenzbereich, wobei der Hilfsträger etwa ein 2ⁿ-fache?· (bei η > t) der höchsten Frequenz des Breilbandsignals beträgt und wobei der erste Frequenzbereich nur das untere Seilenband des FM-Signals umfaßt

b) Frequenzteilen des FM-Signals, um einen um den 2"-ten Teil niedrigeren zweiten Frequenzbereich zu erhalten, dessen höchste Frequenz etwa der höchsten Frequenz des Breitbandsignals entspricht

c) Aufzeichnen des in der Frequenz geteilten FM-Signais

d) Abtasten und Demodulieren des abgetasteten FM-Signals sowie Unterdrücken des Trägers und

e) Wiedergeben des demodulierten Breitbandsignals.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur FM-Modulation eines Breitbandsignals mit einem zur Aufzeichnung bestimmten Frequenzbereich bis etwa 2,5 MHz ein Hilfsträger mit einem Hubbereich von 4 bis 6 MHz benutzt wird und vor Aufzeichnung eine Frequenzhalbierung vorgenommen wird.

3. Schaltungsanordnung zum Verfahren nach Anspruch 1 enthaltend einen FM-Mcdulator, eine Magnetbandanlage mit zumindestens einem Abtastkopf zur Auf.'.eichnung/Wiedergabe von Breitbandsignalen, einen Demodulator und eine Wiedergabeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als FM-Modulator wie an sich bekannt ein Multivibrator verwendet wird, an dem die Hilfsträgerfrequenz 2"-fach größer als die aufzuzeichnende Trägerfrequenz eingestellt ist, daß als Frequenzteiler ein Flip-Flop benutzt wird, dessen Teilungsfaktor der Reziprokwert des beim Hilfsträger benutzten Faktor 2" ist und daß vor Demodulation eine Gleichrichterschaltung zur 2"-fachen Gleichrichtung benutzt wird.